喷丸强化机理及其作用
发布时间：2020.09.11 点击数：
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喷丸强化是一种受控喷丸技术，不同于喷丸清理。喷丸清理以去除工件表面油污、氧化皮、锈蚀和机械加工毛刺为目的。齿轮表面的喷丸强化主要是借助于高速运动的弹丸冲击零件的表面，使其发生弹性塑性变形，从而产生残余压应力、加工硬化和组织细化等有利的变化，以提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮使用寿命的重要途径。
1.喷丸强化处理能改善零件表层的应力分布
喷丸后的残余应力来源于表层不均匀的塑性变形和金属组织相变，其中以不均匀的塑性变形为主。喷丸后，金属表面产生大量凹坑形式的塑性变形，表层位错密度大大增加，而且还出现亚晶界和晶粒细化现象。如图1所示。经喷丸处理后的齿轮表层残留奥氏体有一部分将变成马氏体，因相变时体积膨胀而产生压应力，从而使得表层残留奥氏体场向着更大的压应力方向变化，因而提高了齿轮的疲劳强度。通过喷丸强化，又能消除热处理应力，去除表面氧化皮，改善零件的缺口敏感性，并把容易发生零件失效的残余应力转变为压应力，有效地限制裂纹源的产生和扩展，较大幅度提高零件的疲劳寿命。
2.喷丸强化可使工件表面形成高的压应力层
由于喷丸强化提高了表面压应力而显著改善其疲劳性能，对于承受高周波疲劳载荷的工件更为有效。喷丸强化形成的残余压应力可抵消部分外加载荷。喷丸时小尺寸球形钢丸击打工件表面而形成压应力，每一弹丸的冲击都会使金属产生一定的塑性变形，最终表面不能完全回复而形成了永久的压应力状态。作为一种表面强化工艺，喷丸能在表面形成残余压应力相当于材料抗拉强度极限的55%~60%，而工件表面恰是容易萌生裂纹的地方。对于渗碳淬火齿轮，所形成的压应力可达1177~1725MPa，可大大改善疲劳性能。压应力层深度是喷丸强度（或喷丸能量）的函数，随着弹丸尺寸或弹丸速度的增加而增加。